CN107832967B - 一种适用于竹林空间的声景协调度动态评价方法 - Google Patents

一种适用于竹林空间的声景协调度动态评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种适用于竹林空间的声景协调度动态评价方法，包括步骤：1）在拟应用的竹林空间区域确定均匀分布的若干测量点；2）在各测量点通过同时进行的多人声景协调度主观评价试验和I级声级计测量，得到测量点的声景协调度主观评价得分和等效A声级；3）分别基于韦伯‑费希纳定律和斯蒂文斯定律对地球物理声、生物声和人工声元素的协调度建立评价模型；4）选取拟合优度值更大的评价模型作为该元素的最终评价模型；5）计算得到声景协调度动态评价模型。本发明将竹林空间中的声压级数据近似转化为相应的声景协调度评价得分，为森林公园、自然保护区乃至风景名胜区中的竹林空间建设和开发提供了参考依据。

Description

一种适用于竹林空间的声景协调度动态评价方法
技术领域
本发明涉及声景观技术领域，特别是涉及一种适用于竹林空间的声景协调度动态评价方法。
背景技术
声景生态学将声景定义为一种能使人产生心理感知的声能量，它由景观中的地球物理声(Geophonies)、生物声(Biophonies)和人工声(Anthrophonies)3种不同的声源叠加影响。
在声景研究方面，Fastl通过对含语义声音和物理特征相同的无语义声音进行研究，发现人对两者的主观评价存在明显差异；Blesser等通过对声景的心理因素与时空变化进行研究，发现空间不仅能改变声音传播，还能赋予人以对声景的情感与相应的行为意识；Aylor通过对松树的叶声进行研究，表明叶声能提高动物交流中的信号，并且这一特性可以适用于所有其他的植物类型中；Southworth通过对评价因素的相关性研究，表明声景评价的基本要素由声景的语义性和物理属性共同构成；Viollon等通过对声音和图像的组合，在实验室对一组受试者给予照片展示和听觉刺激，进而对城市声景进行评估，结果表明城市化高的视觉环境的声景评价较低。李国棋最早以主观问卷调查的形式调查了北京望京小区声景的声源权重和好感度。邰惠鑫建立了城市住区声景描述和评价的基本体系：整体舒适性、空间特性、声源特性和动态变化四方面。王丽敏运用模糊数学法中的综合评价法对大雁塔北广场音乐喷泉做了评价分析，最后得出受访市民对大雁塔北广场音乐喷泉声景观的评价结果。陆晶等通过对不同公共场所及同一场所不同时间的声景观调查,总结出季节、时间以及场所等因素对声景观评价的影响。
现有技术中与本申请提案最为接近的技术研究主要有：王倩倩和袁晓梅通过对白云山现存的主要声景遗构进行考证，同时采用问卷调查、物理测量与录音分析等手段分析了白云山不同历史时期的主要声景资源及其声环境现状；胡兵通过对北京紫竹院公园和海淀公园声景观的主客观调查研究,分析声景观的好坏与声音要素、声级、游人的性别等属性、游园的目的等因素之间的关系。瞿飞通过测定了人民公园与白沙门公园各时段各测点声级的变化，并让游人对公园声景现状的主观评价。孙崟崟对泰安市东湖公园和南湖公园进行了实地调查，通过测定两公园各时段声级的变化对两公园声景现状进行了客观评价,并利用语义差异法通过调查问卷的形式对两公园声景进行了主观评价，分析出较受受访者喜爱的声景种类以及声景与景观整体的关系。孙春红对北碚公园各时段声景的声级进行了准确测定,根据测定结果对北碚公园声景现状进行了客观评价,发现公园部分景点受到一定程度的噪声污染。然后选择了语义差异量表法对公园声景进行了主观评价,评选出了人们喜欢与不喜欢的十大声景。
现有技术研究大多只考虑了声景主观评价层面，或者虽然进行了声景主客观评价但将主观评价和客观评价分别进行分析和应用，而没有探究和解决主观数据和客观数据之间深层的关系以及对两者数值进行相互转化的问题，并且研究的案例类型较为狭隘，难以深入和全面的为声景资源管理提供有效方法。
发明内容
本发明提供一种适用于竹林空间的声景协调度动态评价方法(CoordinatingEvaluation of Dynamic Soundscape in Bamboo,简记CEDSB)，根据不同类型的竹林空间生成适用于该空间的评价模型，模拟游客的心理感受状态，为森林公园、自然保护区乃至风景名胜区中的竹林空间建设和开发提供了参考依据。
为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种适用于竹林空间的声景协调度动态评价方法，包括：
步骤1：在拟应用的竹林空间区域确定均匀分布的若干测量点；
步骤2：在各测量点通过同时进行的多人声景协调度主观评价试验和I级声级计测量，得到测量点的声景协调度主观评价得分和等效A声级；所述声景协调度主观评价得分包括地球物理声、生物声和人工声元素的协调度主观评价得分；
步骤3：分别基于韦伯-费希纳定律和斯蒂文斯定律对地球物理声、生物声和人工声元素的协调度建立评价模型，即对每种元素分别建立两种评价模型；分别对地球物理声、生物声和人工声元素的协调度主观评价得分的最大值进行归一化处理，并对归一化值和声级计测得的声压级进行数据拟合得到各评价模型的参数；基于韦伯-费希纳定律的评价模型函数表达式为：
s(I)＝a+blog(I+I0)
基于斯蒂文斯定律的评价模型函数表达式为：
s(I)＝cIp+d
其中，s为主观评价得分的归一化值，I为声压级，I0为内在噪声，p是由声压级决定的指数，a、b、c、d为参数；
步骤4：对每种元素的两种评价模型函数表达式的拟合优度R2值进行比较，选取拟合优度R2值更大的评价模型作为该元素的最终评价模型，且该选取的拟合优度R2值必须大于等于0.90，否则回到步骤2重新进行；
步骤5：计算得到声景协调度动态评价模型函数表达式：
sCEDSB(I)＝sgeo+sbio+sant
其中，sgeo、sbio和sant分别为地球物理声、生物声和人工声元素的协调度评价模型。
进一步地，所述步骤2优选在非节假日的晴天进行。
本发明具有有益效果：
1、首次将声景生态学理论应用到声景的主客观评价模型中，更科学和合理的对声景元素进行划分。
2、解决了以往未对两者数值进行相互转化的问题，可将竹林空间中的声压级数据近似转化为相应的声景协调度主观评价得分，进而模拟出游客在此时的心理感受状态。
3、对主客观数据进行数据拟合，确保了对应心理物理学定律函数表达式的有效性。
附图说明
图1是本发明实施例的流程示意图；
图2是本发明实施例中地球物理声曲线拟合结果图；
图3是本发明实施例中生物声曲线拟合结果图；
图4是本发明实施例中人工声曲线拟合结果图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
案例研究区域位于福建省福州市晋安区新店镇的福州国家森林公园的植物大观园内，公园东边以福飞路为界限，西边延伸至湖顶与叶洋村接壤，南面为八一水库，与福州动物园相邻，北边与笔架山毗邻。地理坐标为东经119°16’，北纬26°07’，属于亚热带海洋性季风气候，年平均降雨量约1438.5mm，无霜期328d，平均风速1.8m/s，相对湿度75％，平均日照1848h。
如图1所示，本发明的一种适用于竹林空间的声景协调度动态评价方法包括：
步骤1：在植物大观园内确定具有代表性且均匀分布的30个测量点；
步骤2：在各测量点通过同时进行的多人声景协调度主观评价试验和I级声级计测量，得到测量点的声景协调度主观评价得分和等效A声级；所述声景协调度主观评价得分包括地球物理声、生物声和人工声元素的协调度主观评价得分；
在本实施例中，主观评价试验采用语义差异法衡量评价者对竹林空间的声元素协调度评价情况。语义差异法(SemanticDifferentialmethod，简记SD法)是C.E.奥斯顾德于1957年提出的一种心理测定方法，又称感受记录法，即通过言语尺度进行心理感受的测定。通过这种方法，研究者可以将评价者的感受定量化地被记录下来。
首先需要确定与评价模型相关的形容词对，用于表示评价者对所描述对象的心理感受强度，进而得出语义差别量化表，可以更加准确的把握评价者对竹林声景的心理量大小。因此，采取问卷调查的方式，选择“协调的-失调的”这对形容词作为问卷中的调查内容，用于反映声景的协调程度，包括了声景的响度、尖锐度、粗糙度、起伏度以及音高等协调度衡量因素，以度量某一声元素相对于总体声景情况的和谐一致程度。在此基础上，确定主观评价等级为5级，并使用很协调、较协调、一般协调、较失调、很失调来区分，并从左到右分别赋值2、1、0、-1、-2，用于定量分析。
根据GB/T10220《感官分析方法总论》对评价者人数的规定，从曾参与过声景主观评价实验并对研究区域环境较为熟悉的人员中挑选18位年龄在20-35岁、身体健康、听力正常的人员作为本次实验的评价者，其中男性、女性各9人。为了避免个人因素对评价结果产生的偏差影响，根据GB/T14195《感官分析：评价员选拔与培训，感官分析优选评价员导则》和GB/T16291《感官分析：专家的选拔、培训和管理导则》，对18位评价者进行了统一培训，包括调查问卷中的各声景元素(地球物理声、生物声和人工声)的含义、协调度含义和评分方式等。在本实施例中，选择非节假日的晴天，让受过培训的18位评价者在30个测点进行每次5min的独立声景协调度主观评价，同时使用I级声级计进行5min的等效A声级测试。
步骤3：分别基于韦伯-费希纳定律和斯蒂文斯定律对地球物理声、生物声和人工声元素的协调度建立评价模型，即对每种元素分别建立两种评价模型；分别对地球物理声、生物声和人工声元素的协调度主观评价得分的最大值进行归一化处理，并对归一化值和声级计测得的声压级进行数据拟合得到各评价模型的参数；基于韦伯-费希纳定律的评价模型函数表达式为：
s(I)＝a+blog(I+I0)
基于斯蒂文斯定律的评价模型函数表达式为：
s(I)＝cIp+d
其中，s为主观评价得分的归一化值，I为声压级，I0为内在噪声，p是由声压级决定的指数，a、b、c、d为参数；
步骤4：对每种元素的两种评价模型函数表达式的拟合优度R2值进行比较，选取拟合优度R2值更大的评价模型作为该元素的最终评价模型，且该选取的拟合优度R2值必须大于等于0.90，否则回到步骤2重新进行；
在本实施例中，通过对地球物理声的协调度评价的数据拟合，如图2所示，结果表明基于韦伯-费希纳定律的评价模型的拟合优度R2值为0.911，基于斯蒂文斯定律的评价模型的拟合优度R2值为0.906，即地球物理声的协调度评价结果相对更倾向于费希纳法则，说明其具有实际的心理物理学意义，则竹林空间中地球物理声的协调度心理感受量sgeo与客观测得的声压级I的关系可表示为：
sgeo(I)＝3.78-2.35log(I-14.98)，
在本实施例中，通过对生物声的协调度评价的数据拟合，如图3所示，结果表明基于韦伯-费希纳定律的评价模型的拟合优度R2值为0.979，基于斯蒂文斯定律的评价模型的拟合优度R2值为0.975，即生物声的协调度评价结果相对更倾向于费希纳法则，说明其具有实际的心理物理学意义，则竹林空间中生物声的协调度心理感受量sbio与客观测得的声压级I的关系可表示为：
sbio(I)＝3.00-1.75log(I-14.34)
在本实施例中，通过对人工声的协调度评价的数据拟合，如图4所示，结果表明基于韦伯-费希纳定律的评价模型的拟合优度R2值为0.962，基于斯蒂文斯定律的评价模型的拟合优度R2值为0.977，即人工声的协调度评价结果相对更倾向于斯蒂文斯法则，说明其具有实际的心理物理学意义，则竹林空间中人工声的协调度心理感受量sant与客观测得的声压级I的关系可表示为：
sant(I)＝0.07-5.38I2.64，
步骤5：计算得到声景协调度动态评价模型函数表达式：
sCEDSB(I)＝sgeo+sbio+sant
其中，sgeo、sbio和sant分别为地球物理声、生物声和人工声元素的协调度评价模型。
在本实施例中，得到适用于该竹林空间的声景协调度评价模型(CEDSB模型)的表达式为：
sCEDSF(I)＝sgeo+sbio+sant
＝-5log[(I-14.98)0.47(I-14.34)0.35]-5.38I2.64+6.85
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (2)

1.一种适用于竹林空间的声景协调度动态评价方法，其特征在于，包括：
步骤1：在拟应用的竹林空间区域确定均匀分布的若干测量点；
步骤2：在各测量点通过同时进行的多人声景协调度主观评价试验和I级声级计测量，得到测量点的声景协调度主观评价得分和等效A声级；所述声景协调度主观评价得分包括地球物理声、生物声和人工声元素的协调度主观评价得分；
步骤3：分别基于韦伯-费希纳定律和斯蒂文斯定律对地球物理声、生物声和人工声元素的协调度建立评价模型函数，即对每种元素分别建立两种评价模型函数；分别对地球物理声、生物声和人工声元素的协调度主观评价得分的最大值进行归一化处理，并对归一化值和声级计测得的声压级进行数据拟合得到各评价模型函数的参数；
基于韦伯-费希纳定律的评价模型函数表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
基于斯蒂文斯定律的评价模型函数表达式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，s为主观评价得分的归一化值，I为声压级，I 0 为内在噪声，p是由声压级决定的指数，a、b、c、d为参数；
步骤4：对每种元素的两种评价模型函数表达式的拟合优度R2值进行比较，选取拟合优度R2值更大的评价模型函数作为该元素的最终评价模型函数，且该选取的拟合优度R2值必须大于等于0.90，否则回到步骤2重新进行；
步骤5：计算得到声景协调度动态评价模型函数表达式：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
其中，sgeo、sbio和sant分别为地球物理声、生物声和人工声元素的协调度评价模型函数。
2.根据权利要求1所述的声景协调度动态评价方法，其特征在于，所述步骤2在非节假日的晴天进行。
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